CN105125077A - 一种自动冲奶装置及冲奶方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动冲奶装置，包括：工作台、水箱、电磁阀、温度控制系统及摇晃装置，该工作台用于安装水箱、电磁阀及温度控制系统，水箱安置在工作台上方，通过电磁阀连接作为开关控制水箱出水量，该摇晃装置设在工作台下方的底座上并可在底座上水平地来回移动。本发明还披露了一种采用上述装置的自动冲奶方法。该自动冲奶装置及方法可将水温控制在需要的温度范围内，能够自动输出用户冲泡奶粉所需要的水量，通过摇晃装置使得奶粉与温水充分混合，从而能够大量节约用户的时间并且满足用户需求，结构简单、操作方便、干净卫生。

Description

一种自动冲奶装置及冲奶方法

技术领域

本发明涉及一种冲奶装置，特别涉及一种自动冲奶装置及自动冲奶方法。

背景技术

现在常用冲泡奶粉的方式，具有过程复杂、耗时长、安全性低、冲泡质量不能保证等弊端。在人们生活品质稳步上升的同时，人们的优育的意识也在提高，所以我们可以创造新的产品用来方便生活。我国作为人口大国，每日的新生婴儿数不胜数，但现阶段自动冲奶粉机在家庭中并不普遍，不少年轻父母还在为婴儿喂奶而苦恼。且目前市场上出售的产品种类稀少，功能单一，大部分存在产品卫生得不到保障、操作复杂等问题。因此创造一款结构简单、操作方便、卫生的自动冲奶粉机对我们的生活有着重大意义。

发明内容

因此，有必要提供一种结构简单、操作方便、卫生的自动冲奶装置及冲奶方法。

一种自动冲奶装置，包括：工作台、水箱、电磁阀、温度控制系统及摇晃装置，该工作台用于安装水箱、电磁阀及温度控制系统，水箱安置在工作台上方，通过电磁阀连接作为开关控制水箱出水量，该摇晃装置设在工作台下方的底座上并可在底座上水平地来回移动。

进一步地该工作台的长、宽、高分别设计为300mm、300mm、450mm，工作台中部向里凹陷150mm、高度180mm，底座的长、宽分别为170mm、100mm，弹簧长度为50mm，凸轮基圆大小为20mm，凸轮上与基圆离得最远的一点与基圆距离设计为40mm。

进一步地电磁阀采用直动式电磁阀。

进一步地温度控制系统包括控制模块、温度采集模块、温度显示模块、第一加热模块、第二加热模块、时钟电路、复位电路、功能模块。

进一步地控制模块用于接收分析外围模块发出的输入信号，并根据程序设计发出控制信号控制各个模块工作，控制模块采用单片机方案。

进一步地温度采集模块用于收集水箱、奶瓶的实时温度并输入给控制模块，温度采集模块采用温度传感器DS18B20。

进一步地温度控制系统采用软件方法处理按键去抖，即编写一段延时程序。

进一步地时钟电路采用12MHz的晶振和内部振荡方式，复位电路中RC通用值为C=10uF，R=8.2kΩ。

一种自动冲奶装置的自动冲奶方法，包括：检测水箱温度是否达到设定温度；加热水箱温度至设定温度；打开电磁阀向奶瓶加水，关闭电磁阀；启动摇晃装置冲调奶水，关闭摇晃装置；检测奶瓶水温是否达到设定温度；加热奶瓶水温至设定温度。

该自动冲奶装置及冲奶方法可将水温控制在需要的温度范围内，能够自动输出用户冲泡奶粉所需要的水量，通过摇晃装置使得奶粉与温水充分混合，从而能够大量节约用户的时间并且满足用户需求，结构简单、操作方便、干净卫生。

附图说明

图1自动冲奶装置一实施例的结构示意图

图2自动冲奶装置一实施例的摇晃装置主视图

图3自动冲奶装置一实施例的凸轮轮廓尺寸示意图

图4自动冲奶装置一实施例的温度控制系统结构框图

图5自动冲奶装置一实施例的时钟电路示意图

图6自动冲奶装置一实施例的复位电路示意图

图7自动冲奶装置一实施例的运作流程图。

具体实施方式

如图1所示，为本发明一实施例的自动冲奶装置100，包括工作台10、水箱20、电磁阀30、摇晃装置50及温度控制系统70。

该工作台10用于放置水箱20、电磁阀30、奶瓶80a、摇晃装置50等部件，操作按钮布置于工作台10的表面。水箱20放置在工作台10的上方，通过电磁阀30连接作为开关控制水箱20出水量。该水箱20有良好的密闭性，避免外界环境的污染，且水箱20方便拆卸，便于清洗。工作台10下方的底座上设有摇晃装置50，奶瓶80a放置于摇晃装置50上。当进入瓶中的水适量时，电磁阀30将关闭并且打开底座电机控制摇晃装置50水平地来回移动，从而摇晃奶瓶80a，使得奶瓶80a中的奶粉与水充分混合。

本实施例的工作台10的长、宽、高分别设计为300mm、300mm、450mm，小巧且方便使用。其中，要求出水口与奶瓶80a之间的距离应该靠近，因此设计出水口与奶瓶80a距离为24mm，防止热水溅出造成烫伤；工作台10中部向里凹陷150mm、高度180mm，用于放置摇晃装置50；对于摇晃装置50的设计，为了保留适当的空间用于摇晃，因此设计了底座的长、宽分别为170mm、100mm，相当于在底座留了100mm的空间用于摇晃。该水箱20内能够装入12.5L水量，足够作为冲泡奶粉的水源。

如图2所示，本实施例的摇晃装置50在整台装置中起着重要作用，要求工作平稳，结构简单。该摇晃装置50安装在工作台10底座的凹槽内，摇晃装置50由弹簧51、底盘52、凸轮53、滚子、电机等组成，底盘52顶部用于放置奶瓶80a，底盘52底部设有滚子，底盘52左右两侧分别连接弹簧51及凸轮53，弹簧51另一端固定在工作台10的底座上，凸轮53中心与电机相连。摇晃装置50的工作原理为：启动电机工作，带动凸轮53运动，凸轮53从起始位置做推程运动，使底盘52向左移动；到达最大推程后，弹簧51回弹力推动底盘52向右运动，滚子在凹槽内移动减小摩擦，随着电机地转动，底盘52通过弹簧51以及凸轮53在底座上水平来回往复运动，进而达到摇晃效果。

如图3所示，由于本实施例中凸轮53位于固定的轴线上运动，因此采用盘形凸轮机构。上文提到底座设计为mm，预留100mm的空间用于摇晃，因此本实施例中弹簧51长度为50mm，凸轮53基圆大小为20mm，因为弹簧51形变量不能达到50mm，所以凸轮53上与基圆离得最远的一点与基圆距离设计为40mm。

本实施例中的电磁阀30采用直动式电磁阀，其工作原理是：接入电源，电磁线圈发出电磁力将阻挡水流的器件打开，即电磁阀30开启；切断电源，没有产生磁力，内部弹簧将阻挡水流的器件弹回，即电磁阀30闭合。直动式电磁阀简单且适合各种压力情况，处于真空、负压、零压的条件下依然可以运转，其通径通常小于25mm，流体压力限制的上限大，能够随便放置，但流体压差应处于适当的前提环境下。综合家用饮水机的电磁阀口径大小，本实施例的电磁阀30为通径为10mm，90°直动式电磁阀，流量为62.8mL/s。本实施例所设计的电磁阀30打开时间约为8s，用户获得的水量为500mL左右。

摇晃装置50运行时没有受到外力的作用，其工作情况时载荷较小、工作平稳，单向旋转。由此，本实施例选用输出功率较小的步进电机。步进电机的特点在于具备良好的起停和反转功能，由于没有电刷，稳定性较高，电机的寿命只是取决于轴承的寿命。

如图4所示，本实施例的温度控制系统70主要包括控制模块71、温度采集模块72、温度显示模块73、第一加热模块74、第二加热模块75、时钟电路76、复位电路77、功能模块78。

控制模块71用于接收分析外围模块发出的输入信号，并根据程序设计发出控制信号控制各个模块工作。

控制模块有多种控制方案可供选择，比如单片机、PLC、模拟PID等等。相对于PLC、模拟PID来说，采用单片机方案成本较低、稳定性高、有较强的抗干扰能力，适用于对系统性能与可靠性要求不高的应用场景。本实施例的控制模块71采用单片机方案。

温度采集模块72用于收集水箱20、奶瓶80a的实时温度并输入给控制模块71，并通过温度显示模块73显示出来。控制模块71分析水箱20、奶瓶80a的实时温度和用户所设定的温度（本实施例为38摄氏度），若实时温度低于设定温度，控制模块71将通过设定的算法控制第一加热模块74、第二加热模块75分别对水箱20、奶瓶80a进行加热，直到水温上升至设定温度。当温度达到所需值时，因为放置过久，温度下降，控制模块71将定时检测实时温度并和设定温度值进行比较，重复上述操作，从而保持水箱20、奶瓶80a稳定在用户所设定的温度范围。

本实施例的温度采集模块72采用温度传感器DS18B20，相对于其它传感器，DS18B20的好处是：高度集成化，在一定程度上减小了外接放大转化等电路的误差，能检测出细微的温度差异。温度值在传感器中变为数字信息直接输出，减少了系统对程序设计的难度，并且传感器采用先进的单总线技术，使得和单片机的接口变得很简洁，抗干扰性能强。

本实施例的第一加热模块74、第二加热模块75采用电阻丝作为加热元件。

请参阅图5，本实施例的时钟电路76作为计算机的核心部分，其掌握着计算机的工作频率。单片机允许的时钟频率由型号来确定。

1）晶振的选择：

6MHz的晶振，它的机器周期是2us；12MHz的晶振，它的机器周期是1us，即当操作相同的指令时，6MHz的晶振完成所用的时间是12MHz晶振的两倍。因此，为了提升整个电路的性能，本实施例中选择了12MHz的晶振。

2）振荡方式的选择：

内部振荡方式：XTAL1、XTAL2作为反相放大器的输入和输出端（都是引脚），外接石英晶体作为定时元件，这样就能够组成振荡器，形成时钟输入单片机内部的部件中。

外部振荡方式：通过XTAL2接收已有的脉冲，产生信号输入单片机（XTAL1接地）。在单片机的时钟与外部信号一致时适合用该方法。

本实施例中时钟与外部时钟信号不需要达到一致，因此选择了内部振荡方式。因为在单片机里面具有反相放大器，石英作为定时元件时，其能够自激振荡形成脉冲，且其形成的时钟信号具有更好的稳定性。在晶振方面选择了12MHz，比较于6MHz的晶振，整个电路的反应速度更快了。

该时钟电路76通电后经过短暂延迟开始起振，于XTAL2引脚处形成幅度约为3V的正弦信号。电路中有两个电容C1、C2，它们的作用是：协助振荡器起振；小幅度调整频率。其中，C1、C2的通用值为30pF。

请参阅图6，本实施例的复位电路77是控制模块71的重要部分，复位电路77将系统中别的部件设置一个标准起始情况，然后从该情况开始运行。控制模块71的复位引脚为RST，其是系统初始化的方式，能够将程序从所需位置开始运行，在控制模块71的时钟电路76运行后，如果RST引脚上产生超过2个机器周期的高电平，就能达到复位的效果。

RST端持续高电平的时间应包含VCC的上升时间以及振荡器的起振时间，设置VCC的上升时间约10ms，振荡器起振时间取决于频率的大小：频率为10MHz时其起振时间约1ms，频率为1MHz时其起振时间约10ms，因此当RST加电时要求持续20ms以上的高电平。本实施例中振荡频率为12MHZ，因此RC通用值为C=10uF，R=8.2kΩ。

本实施例的电路中有一个出水按钮，按下该按钮，程序开始运行。但是，由于机械触电的弹性振动，按键的触电在开启和闭合时均会抖动，不能马上导通或断开。若不处理好，会导致按键命令的操作错误。

通常处理按键抖动有两种方法：硬件方法和软件方法。硬件方法是指由滤波延时电路等去避让抖动。软件方法是指编写一段超过100ms的延时程序，当系统检测到按键按下，运行该程序的子程序去除按键的抖动，然后再次检测按键的情况。若按键还处于接通的情况，那么确定按键已经按下，否则按键没有按下，使得抖动的影响消失。本实施例采用软件方法。

本实施例的功能模块78包括电磁阀模块以及电机模块，控制模块71通过电磁阀模块控制电磁阀30的开关，通过电机模块控制摇晃装置50的电机的运行与关闭。除了电机模块，其余模块均由继电器进行控制。因为控制模块71的单片机IO口的输出电流较小，所以一般不直接驱动继电器，设计通过三极管来完成对继电器的控制。

如图7所示，自动冲奶装置100的工作过程是：用户将装有奶粉的奶瓶80a放置于底部卡口，用户按开始按钮后，首先，温度控制系统70开始工作，温度采集模块72检测水箱20的温度，若是水箱20未达到38摄氏度，控制模块71将控制第一加热模块74对水箱20进行加热直到水箱20温度达到38摄氏度后，控制模块71控制电磁阀30打开向奶瓶80a加水，电磁阀30打开一定时间后关闭。紧接着开启底部电机使得摇晃装置50启动一定时间后关闭电机，完成奶粉的冲调。然后，温度采集模块72检测奶瓶80a水温，若是奶瓶80a水温未达到38摄氏度，控制模块71则控制第二加热模块75对奶瓶80a进行加热直至稳定在38摄氏度。

该自动冲奶装置100将水温控制在需要的温度范围内，能够自动输出用户冲泡奶粉所需要的水量，通过摇晃装置使得奶粉与温水充分混合，从而能够大量节约用户的时间并且满足用户需求，结构简单、操作方便、干净卫生。

虽然本专利参照当前的较佳实施方式进行了描述，但本技术领域的普通技术人员应当认识到，上述较佳实施方式仅用来说明本专利，并非用来限定本专利的保护范围，任何在本专利的精神和原则范围之内，所做的任何修饰、等效替换、改进等，均应包含在本专利的权利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自动冲奶装置，包括：工作台、水箱、电磁阀及温度控制系统，该工作台用于安装水箱、电磁阀及温度控制系统，水箱安置在工作台上方，通过电磁阀连接作为开关控制水箱出水量，其特征在于：还包括一摇晃装置，该摇晃装置设在工作台下方的底座上并可在底座上水平地来回移动。

2.根据权利要求1所述的自动冲奶装置，其特征在于：该摇晃装置安装在工作台底座的凹槽内，摇晃装置包括弹簧、底盘、凸轮、滚子、电机，底盘顶部用于放置奶瓶，底盘底部设有滚子，底盘左右两侧分别连接弹簧及凸轮，弹簧另一端固定在工作台的底座上，凸轮中心与电机相连。

3.根据权利要求2所述的自动冲奶装置，其特征在于：该工作台的长、宽、高分别设计为300mm、300mm、450mm，工作台中部向里凹陷150mm、高度180mm，底座的长、宽分别为170mm、100mm，弹簧长度为50mm，凸轮基圆大小为20mm，凸轮上与基圆离得最远的一点与基圆距离设计为40mm。

4.根据权利要求1所述的自动冲奶装置，其特征在于：电磁阀采用直动式电磁阀。

5.根据权利要求1所述的自动冲奶装置，其特征在于：温度控制系统包括控制模块、温度采集模块、温度显示模块、第一加热模块、第二加热模块、时钟电路、复位电路、功能模块。

6.根据权利要求5所述的自动冲奶装置，其特征在于：控制模块用于接收分析外围模块发出的输入信号，并根据程序设计发出控制信号控制各个模块工作，控制模块采用单片机方案。

7.根据权利要求5所述的自动冲奶装置，其特征在于：温度采集模块用于收集水箱、奶瓶的实时温度并输入给控制模块，温度采集模块采用温度传感器DS18B20。

8.根据权利要求5所述的自动冲奶装置，其特征在于：温度控制系统采用软件方法处理按键去抖，即编写一段延时程序。

9.根据权利要求5所述的自动冲奶装置，其特征在于：时钟电路采用12MHz的晶振和内部振荡方式，复位电路中RC通用值为C=10uF，R=8.2kΩ。

10.采用根据权利要求1至9任意一项的自动冲奶装置的自动冲奶方法，包括：检测水箱温度是否达到设定温度；

加热水箱温度至设定温度；

打开电磁阀向奶瓶加水，关闭电磁阀；

启动摇晃装置冲调奶水，关闭摇晃装置；

检测奶瓶水温是否达到设定温度；

加热奶瓶水温至设定温度。